JP2005529699A

JP2005529699A - Ｒｆコイルアレイを具備するｍｒシステム

Info

Publication number: JP2005529699A
Application number: JP2004513793A
Authority: JP
Inventors: ロイスラー，クリストフ; シュルツ，フォルクマー
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-10-06
Also published as: US20050174116A1; AU2003232402A1; EP1516197A1; CN1659445A; CN100504430C; DE10226511A1; WO2003107027A1

Abstract

本発明は、ＲＦ磁場が磁場のプロファイルに関して意のままに調整されるオープンＭＲシステムに関連する。これは、本発明によれば、ＲＦ信号を送信及び／又は受信するＲＦコイル系を提供することによって達成され、ＲＦコイルシステムは、検査ゾーンの両側に配置された２つのプレーナＲＦコイルアレイを具備し、各ＲＦコイルアレイは互いに減結合され送信／受信ユニットの夫々のチャネルに接続された少なくとも２つのＲＦコイルを含む。本発明はまた、対応するプレーナＲＦコイルアレイにも関連する。

Description

本発明は、ＭＲ撮像用の磁気共鳴システム（ＭＲシステム）、並びに、特にオープンＭＲシステム用のかかるＭＲシステムのＲＦコイルシステム用のＲＦコイルアレイに関連する。

この種類のオープンＭＲシステムは、特許文献１から公知である。特許文献１は、互いに対して９０°移相されるよう検査ゾーンの両側に配置された第１及び第２のＲＦコイルアレイを含む全身ＲＦコイルシステムを記載している。検査ゾーンに回転するＢ₁磁場を発生するよう、ＲＦコイルアレイは、ＲＦコイルアレイの個々の直交に配置されたサブコイル間に一定の位相関係が存在する網と共に動作する。従って、２つのＲＦコイルアレイは、互いに対して配線接続され、一定の振幅及び位相関係で動作する。

垂直方向の安定した主磁場を必要とするこの種類のオープンＭＲシステムでは、原理的には、ＲＦコイル系が、安定した主磁場に対して直交方向に向けられた均一なＲＦ磁場を発生することが必要である。このために、多くの異なったＲＦコイル系が提案されている。例えば、特許文献１に記載のＲＦコイル系のように、このようなＲＦコイル系は、回転するＲＦ磁場を発生することが可能である。このようなＲＦコイル系の目的は、常に、可能な限り高い均一性を有するＲＦ磁場を検査ゾーンに発生することであった。しかしながら、この種類のＲＦコイル系は、ＲＦ磁場の均一性が予め決められており固定であり、ＭＲデータ取得中又はＭＲデータ取得間はインタラクティブに変更され制御されることができないため、例えばＳＥＮＳＥ法といった特別なＭＲ撮像法に用いられる技術に特に適したものではない。
欧州特許出願公開第１０５９５３９号明細書 K. Prussmann "SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI", Magnetic Resonance in Medicine 42: 952-962 (1999) ISMRM202, Hawaii, Honolulu, p. 189, "Theory and experimental verification of transmit SENSE"

従って、本発明は、ＭＲデータ取得中に、おそらくは時間並びに位置に関して、ＲＦ磁場の変更及び制御を可能とするＭＲシステム、並びに、ＭＲシステムのＲＦコイル系のＲＦコイルアレイを提供することを目的とする。

この目的は、本発明によれば、
主磁場を発生するよう検査ゾーンの両側に配置された２つの主磁場磁石磁極を具備するオープン主磁場磁石と、
傾斜磁場を発生する複数の傾斜磁場コイルを具備する傾斜磁場コイル系と、
検査ゾーンの両側に配置された２つのプレーナＲＦコイルアレイを具備し、各ＲＦコイルアレイは互いに減結合され送信／受信ユニットの夫々のチャネルに接続された少なくとも２つのＲＦコイルを含む、ＲＦ信号を送信及び／又は受信するＲＦコイル系と、
ＲＦコイル系のＲＦコイルに対して夫々のチャネルを含み、各ＲＦコイルは送信モードでは別々に制御可能である、送信／受信ユニットと、
ＭＲ撮像を制御する制御ユニットと、
受信されたＭＲ信号を処理する処理ユニットとを含む、
請求項１に記載のＭＲ撮像用のＭＲシステムによって達成される。

かかるＭＲシステムのＲＦコイル系のための対応するプレーナＲＦコイルアレイは、請求項９に開示されている。

本発明は、ＲＦコイルアレイの個々のＲＦコイルを互いに配線接続せず、コイルアレイを一定の振幅及び位相の関係で動作させず、その代わり、各ＲＦコイルを送信／受信ユニットの別々のチャネルに接続することにより、各ＲＦコイルの別々の制御を可能とするという考えに基づく。各ＲＦコイルにはこのように（送信モードでは）別々の励起パルスが供給され、（受信モードでは）各ＲＦコイルによって受信されるＭＲ信号は別々に評価されうる。各ＲＦコイルアレイは、夫々互いに減結合される少なくとも２つのかかるＲＦコイルを含み、ＲＦコイルアレイは、プレーナであるよう構築され、検査ゾーンの両側に配置されている。

望ましい実施例では、ＲＦコイルアレイ自体は、互いに減結合される。これは、特に、請求項４及び６に開示されたＲＦコイルアレイの実施例に必要である。これらの望ましい実施例に従って、ＲＦコイルはプレーナ共鳴導体又はバタフライコイルのいずれかによって形成される。他の実施例では、例えば、ＲＦコイルが特に矩形サーフェスアンテナであるサーフェスアンテナによって形成される請求項５に開示された望ましい実施例では、特に個々のサーフェスアンテナが小さい表面積のみを有するときは、このようにＲＦコイルアレイを互いに減結合することは省かれうる。

個々のＲＦコイルを互いから減結合するための様々な可能性が存在する。望ましい簡単な段階は請求項３に開示されている。

請求項７に開示されているように、ＲＦコイルアレイのＲＦコイルは、単一の基板上或いは２つの基板上に配置されうる。２つの基板上に配置される場合、個々のＲＦコイルを互いに減結合する手段もまたＲＦコイルアレイに組み込まれ、例えばＲＦコイルは第１の基板上に設けられ、減結合手段は第２の基板上に設けられる。

本発明によるＭＲシステムにより、３つの空間的な方向に全てについて意のままに調整されうる回転するＲＦ磁場の発生を可能とするために、本発明は、有利には、特に改善された高速なＭＲ撮像法のための新規なＭＲ撮像法と共に使用されるのに適している。例えば、本発明は、ＳＥＮＳＥ法に従ってＭＲ撮像においてアクティブなＲＦ制御が必要なとき、局所的な予備飽和が必要であるとき、又はＭＲデータ取得中の機械的な変化に基づくＲＦ均一性のフィードバック制御の場合に、使用されうる。ＳＥＮＳＥ法に関しては、この方法が詳細に記載されている非特許文献１を参照のこと。信号を送信するためのＳＥＮＳＥ法は、非特許文献２に記載されている。送信ＳＥＮＳＥは、多次元ＲＦパルスを短くするよう、時間依存の波形及び空間感度を用いる。

本発明について、図面を参照して以下詳述する。図１は、検査ゾーン中に配置された患者１の部分のＭＲ画像の形成のための本発明によるＭＲシステムを表わす図である。患者１は、主磁場磁石の２つの主磁場磁石磁極３、４の間の空いた空間２に配置される。主磁場磁石はまた、主磁場磁石磁極３、４の間の検査ゾーン中に図中の垂直方向である均一な安定した磁場Ｂ₀を発生する。また、検査ゾーンに傾斜磁場を発生する複数の傾斜磁場コイルを含む傾斜コイル系７、８が提供される。２つのＲＦコイルアレイ９、１０を具備したＲＦコイル系は、安定した主磁場Ｂ₀に対して略垂直な方向にＲＦ磁場Ｂ₁を発生するために設けられる。各ＲＦコイルアレイ９、１０は、検査ゾーン中の励起のための送信コイルとして、且つ、検査ゾーンからのＭＲ信号の受信のための受信コイルとして動作しうる少なくとも２つのＲＦコイルを含む。隣接するＲＦコイルアレイ９、１０と反対側の隣接する傾斜磁場コイル７、８との間のＲＦシールド１１、１２は、ＲＦ磁場Ｂ₁が傾斜磁場コイル７、８に結合することを防止する。

送信／受信ユニット１３は、送信モードにおけるＲＦコイルアレイ９、１０の個々のＲＦコイルの制御用に、又は個々のＲＦコイルによって受信されるＭＲ信号の受信用に設けられる。送信／受信ユニット１３は、励起信号の位相、振幅、及び波形を制御するよう、互いに独立に制御されうるｎ個の送信チャネルを有する。更に、ＭＲ信号の受信用に、互いに独立のｎ個の受信チャネルが設けられる。受信されたＭＲ信号の処理及び所望のＭＲ画像の生成は、処理ユニット１４によって行われる。支持体１６を介して互いに結合され支持体１６上に取り付けられた送信／受信ユニット１３、処理ユニット１４、及び様々なコイル系は、制御ユニット１５によって制御される。かかるＭＲシステムの基本構造、並びに、係るシステムの動作の原理の更なる詳細は一般的に知られており、従って、ここで更に詳述される必要はない。

図示の本発明によるＭＲシステムの実施例では、各ＲＦコイルアレイ９、１０は、互いに減結合された少なくとも２つのＲＦコイルを含む。これらの各コイルは、別個のチャネル１７を介して送信／受信ユニット１３（概して、ｎチャネル分光計）に別々に接続され、従って別々に制御されうる。図示の実施例では、各ＲＦコイルアレイ９、１０に対して４つのチャネル１７が設けられ、従って各ＲＦコイルアレイは４つのＲＦコイルを含みうる。更に、ＲＦコイルアレイ９、１０は、減結合導線１８によって互いに減結合されている。このような設計を用いて、ＲＦ磁場Ｂ₁の均一性は、ＭＲデータ取得及び励起中に３つの空間的な方向全てにおいて最適に制御されえ、従って、例えば直交−均一、直交−シナジー／ＳＥＮＳＥ、送信／受信ＳＥＮＳＥといった様々な用途を可能とする。

図２は、図１に示すようなＭＲシステムにおいて使用されるのに適した本発明によるＲＦコイルアレイの第１の実施例を示す図である。このプレーナ・アンテナ・アレイは、多数のストリップ・アンテナ２０、２１を有し、各ストリップ・アンテナの端はキャパシタンスＣによって接地されている。図示の実施例では、各３つのストリップ・アンテナ２０は、図の平面に対して水平に延びるように設けられ、３つのストリップ・アンテナ２１はそれに対して垂直に延びるよう設けられる。個々のストリップ・アンテナ２０、２１を互いから磁気的に減結合するために、２つの隣接するストリップ・アンテナの端の間ごとに各減結合キャパシタンスＣ_Kが設けられる。

図３は、本発明によるＲＦアレイの更なる実施例を示す図である。このプレーナＲＦアレイは、例えばＰＣＢ基板上といった例えば単一の基板上に格子の形で配置された多数の個々のプレーナ・サーフェス・アンテナ３０を含む。個々のサーフェス・アンテナ３０を互いに減結合するために、やはり減結合キャパシタＣ_Kが特に図３に示すように設けられる。サーフェス・アンテナ３０間の固有の磁気結合はこのように、マトリクス要素Ｍ_ijの計算によって、また、これらの減結合キャパシタＣ_Kに対する適切なキャパシタンス値を用いることによって抑制されうる。しかしながら、個々のサーフェス・アンテナ３０の表面積は比較的小さいため、上側及び下側ＲＦコイルアレイ間では、かかるＲＦコイルアレイが図１に示すＭＲシステム中で用いられた場合は、減結合は必要とされない。

図３中、送信／受信ユニットの夫々の関連付けられたチャネルへの個々のサーフェス・アンテナ３０の接続点を参照番号３１乃至３９で示す。図４は、図３に示すＲＦコイルアレイ中で用いられるのに適した単一のサーフェイスコイルのより詳細な表現である。このサーフェイスコイルは、各端において接地に接続される減結合キャパシタンスＣ_Kを有し、それを介して更なるサーフェス・アンテナ３０に接続されうる。更に、円形の回転磁場を発生するよう送信／受信ユニットへの結合のために２つの入力Ａ，Ｂが設けられる。

図５は、本発明によるＲＦコイルアレイの第３の実施例を示す図である。これは、格子の形に配置され従って２次元格子を形成する多数のバタフライコイル４０を含む。本例では、１６個のバタフライコイルが設けられ、従ってかかるＲＦコイルアレイのために送信／受信ユニットの１６個のチャネルが設けられねばならない。図６は、単一のバタフライコイル４０を示す。このコイルはやはり、異なった制御のために、即ち、送信モードにおける異なった振幅、位相、及び／又は、波形での制御のために、２つの入力Ａ，Ｂを含む。

図７ａ、図７ｂは夫々、本発明によるＲＦコイルシステムの実施例を示し、夫々が２層設計とされている。図７ａは、夫々が接地に対して２つの減結合キャパシタンスＣ_Kによって減結合される３つのＲＦコイル５０、５１、５２を有するＲＦコイルアレイを示す。信号への結合又は信号からの結合は、３つの入力ＩＮ１ａ，ＩＮ２ａ，ＩＮ３ａ上で行われる。図７ｂは、３つのＲＦコイル５３、５４、５５を有する同様のＲＦコイルアレイを示すが、図の平面上で９０°に亘って回転されている。信号への結合又は信号からの結合は、接続ＩＮ１ｂ，ＩＮ２ｂ，ＩＮ３ｂを介して行われる。図７ａに示すＲＦコイルアレイは、例えば上側ＲＦコイルアレイ（図１中の参照符号９）として使用されえ、図７ｂに示すＲＦコイルアレイは、例えば下側ＲＦコイルアレイ（図１中の参照符号１０）として使用されうる。これらのＲＦコイルアレイの重ね合わされたＲＦ磁場は、３つの空間的な方向全てにおいて意のままに形成されうる回転するＲＦ成分を生成する。

図８は、２つのコイルの減結合のための２つの可能性を示す。図８ａは、２つのコイル６０、６１、或いは、それらと等化の図であって抵抗Ｒ、キャパシタンスＣ、及び理想コイルＬからなり、これらの構成要素が結合ファクタＭを介して互いに結合されたものを示す。コイル６０、６１を互いに減結合するために、巻きの向きが互いに逆である巻線Ｔ１及びＴ２を有することによりコイルを互いに減結合する変圧器Ｔが設けられる。

或いは、図８ｂ中、２つのコイル６０、６１の減結合のために減結合キャパシタＣ_Kが設けられ、当該キャパシタンスの値は、以下の式、
１／（ωＣ_K）＝ωＭ
が成り立つようにされる。

図９は、ＲＦコイルアレイ内の個々のコイルを減結合するのに適した減結合の更なる可能性を示す図である。図９ａは、長さλ／２を有する同軸ケーブルの形であり、減結合されるべきコイルがその端に接続されたＲＦケーブル７０を示す。図９ｂは、夫々が長さλ／４を有する２つのＲＦケーブル７１、７２を示し、また、その間でコイルＬが接地に接続されていることを示す。図９ｃは、異なる長さの２つのＲＦケーブル７３、７４を示し、また、その間にインピーダンス変換回路７５が設けられていることを示す。図９ｄは、長さ７６のＲＦケーブルを示し、その端にはインピーダンス変換回路７７が接続されていることを示す。図９ｅは、変圧器７８による減結合を示す。尚、図８及び図９に示す減結合の可能性は、望ましい実施例を示すものであって、原理的には、個々のＲＦコイルを互いから減結合させるために、又は、ＲＦコイルアレイを互いから減結合させるために、他の可能性もまた使用されうる。

本発明によれば、望ましくは共通のラック上にｎ個の入力及びｎ個の出力を有するＭＲＲＦ増幅器を用いることが可能である。更に、増幅器に対する逆の効果を抑制するために、コイルと増幅器の間ごとにサーキュレータが設けられうる。

本発明によれば、磁気ＲＦ磁場Ｂ₁が磁場のプロファイルに関して意のままに、即ちＭＲデータ取得中にも、調整されうることが達成される。ＭＲ撮像のための新規な方法及び技術は、このように本発明によるＭＲシステムによって実行されうる。

本発明によるＭＲシステムを示す図である。本発明によるＲＦコイルアレイの第１の実施例を示す図である。本発明によるＲＦコイルアレイの第２の実施例を示す図である。図３によるＲＦコイルアレイの単一のサーフェス・アンテナを示す図である。本発明によるＲＦコイルアレイの第３の実施例を示す図である。図５に示すＲＦコイルアレイの単一のＲＦコイルを示す図である。本発明によるＲＦコイルアレイの第４の実施例を示す図である。本発明によるＲＦコイルアレイの第４の実施例を示す図である。２つのコイルを減結合するための一つの実施例を示す図である。２つのコイルを減結合するための他の実施例を示す図である。コイルの減結合のための更なる可能性を示す図である。コイルの減結合のための更なる可能性を示す図である。コイルの減結合のための更なる可能性を示す図である。コイルの減結合のための更なる可能性を示す図である。コイルの減結合のための更なる可能性を示す図である。

Claims

主磁場を発生するよう検査ゾーンの両側に配置された２つの主磁場磁石磁極を具備するオープン主磁場磁石と、
傾斜磁場を発生する複数の傾斜磁場コイルを具備する傾斜磁場コイル系と、
前記検査ゾーンの両側に配置された２つのプレーナＲＦコイルアレイを具備し、各ＲＦコイルアレイは互いに減結合され送信／受信ユニットの夫々のチャネルに接続された少なくとも２つのＲＦコイルを含む、ＲＦ信号を送信及び／又は受信するＲＦコイル系と、
前記ＲＦコイル系のＲＦコイルに対して夫々のチャネルを含み、各ＲＦコイルは送信モードでは別々に制御可能である、送信／受信ユニットと、
ＭＲ撮像を制御する制御ユニットと、
受信されたＭＲ信号を処理する処理ユニットとを含む、
ＭＲ撮像用のＭＲシステム。
前記２つのＲＦコイルアレイは互いに減結合されることを特徴とする、請求項１記載のＭＲシステム。
夫々のＲＦコイルアレイの個々のＲＦコイルを減結合させるよう、特に長さλ／２又はλ／４のＲＦケーブルであるＲＦケーブル、キャパシタンス、インピーダンス回路、及び／又は、変圧器が設けられることを特徴とする、請求項１記載のＭＲシステム。
前記ＲＦコイルはプレーナ共鳴導体によって形成され、前記ＲＦコイルアレイは複数の互いに直角に配置された片を含むことを特徴とする、請求項１記載のＭＲシステム。
前記ＲＦコイルは、特に矩形のサーフェスアンテナであるサーフェスアンテナによって形成されることを特徴とする、請求項１記載のＭＲシステム。
前記ＲＦコイルはバタフライコイルによって形成されることを特徴とする、請求項１記載のＭＲシステム。
１つのＲＦコイルアレイ毎のＲＦコイルは単一の基板又は２つの基板上に配置され、個々のＲＦコイルを減結合させる手段が組み込まれることを特徴とする、請求項１記載のＭＲシステム。
前記制御ユニットは、アクティブなＲＦ制御のため、局所的な予備飽和のため、信号の並列な送信及び受信のため、並びに／又は、ＲＦ均一性のフィードバック制御のために、ＳＥＮＳＥ法に従ってＭＲ撮像を行うよう前記ＭＲシステムを制御するようにされることを特徴とする、請求項１記載のＭＲシステム。
送信／受信ユニットは、励起パルスの振幅、位相、及び形状の制御のために互いに対して独立に制御されうるｎ個の送信チャネルを有することを特徴とする、請求項１記載のＭＲシステム。
前記検査ゾーンの両側に配置されるべき、互いに減結合された少なくとも２つのＲＦコイルによってＲＦ信号を送信及び／又は受信することが意図された、請求項１記載のＭＲシステムのＲＦコイル系用のプレーナＲＦコイルアレイであって、各ＲＦコイルは前記ＭＲシステムの送信／受信ユニットの各チャネルに接続可能であり、送信モードでは各ＲＦコイルは別々に制御可能である、プレーナＲＦコイルアレイ。